Künstliche Proteine als Mikrotransporter Wirkstoffe mit Lieferdienst

Anbieter zum Thema

Helmholtz Zentrum München - Dt. Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH)

C. Gerhardt GmbH & Co. KG

JULABO GmbH

YMC Europe GmbH

Forscher haben mithilfe von KI neue RNA-Transporter für die Medizin designt. Die künstlichen Proteine funktionieren effizienter als bisherige Systeme und kamen bereits erfolgreich im Mausmodell und in Schweinemuskulatur zum Einsatz. Ein vielversprechender Schritt Richtung therapeutische Anwendung.

Forschende von Helmholtz Munich und der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Klasse von RNA-Transportern entwickelt. Dafür kombinierten sie natürlich vorkommende Proteinbausteine mit synthetischen Proteinstrukturen, die sie mithilfe generativer KI entworfen hatten. Das Ergebnis sind so genannte Synthetic Transfer Vehicles (STVs)

Aus dem systematischen Screening ging STV-C8 als leistungsfähigster Kandidat hervor: Er transportiert RNA in Zellkultur weitaus effizienter als die getesteten Lipidnanopartikel und lässt sich an verschiedene RNA-Frachten und Zielzellen anpassen. In Tiermodellen zeigte das Team, dass das System auch im lebenden Organismus funktioniert.

RNA-basierte Wirkstoffe nutzen RNA als Bauanleitung, damit Zellen bestimmte Proteine herstellen – etwa solche, die Gene gezielt verändern. Dafür muss die RNA unbeschädigt ins Zellinnere gelangen. Dafür kommen bislang unter anderem von Viren abgeleitete Transportvehikel oder Lipidnanopartikel zum Einsatz, also winzige Partikel aus fettähnlichen Molekülen. Beide Systeme haben Grenzen. Deshalb arbeiten Forschende an neuen Mechanismen, die RNA effizienter und perspektivisch auch gezielter in Zellen einschleusen.

Entwicklung von RNA-Therapien

Active Learning und Molekulardynamik beschleunigen RNA‑Nanocarrier‑Design

Synthetische Proteine übertrumpfen natürliche Geometrien

Forschungsteams am Institut für Stammzellforschung (ISF) und am Institut für Entwicklungsgenetik (IDG) von Helmholtz Munich und der TUM haben nun einen RNA-Transporter von Grund auf neu konstruiert. Sie kombinierten funktionelle Proteinbausteine mit einem, mithilfe generativer KI entworfenen Strukturprotein. Dieses bildet das Gerüst des Vehikels und kann Formen annehmen, die in der Natur so nicht vorkommen.

„Wir wollten die Natur nicht nachbauen, sondern neue Strukturen für eine konkrete Aufgabe schaffen: den effizienten Transport von RNA“, sagt Dr. Christoph Gruber, Teamleiter am ISF und Co-Erstautor der Studie.

Das Team testete mehr als hundert Varianten. Überraschend schnitten gerade Proteinstrukturen mit nicht-natürlichen Geometrien besonders gut ab. Am leistungsfähigsten war das Transporterprotein STV-C8.

„Dass ausgerechnet eine Struktur so gut funktioniert, die sich deutlich von natürlichen Viruskapsiden unterscheidet, war für uns ein entscheidender Befund“, sagt Dr. Maren Kirstin Schuhmacher, Postdoktorandin am ISF und ebenfalls Co-Erstautorin. „Er zeigt das Potenzial, das darin steckt, den Formenraum von Proteinen mit KI gezielt zu erweitern.“

Erfolgreiche Tests im Mausmodell

In Zellkultur schleuste STV-C8 im Experiment RNA weitaus effizienter in die Zielzellen ein als virusähnliche Partikel und die getesteten Lipidnanopartikel. Zudem ließ sich das System mit verschiedenen RNA-Frachten beladen. „Diese Modularität ist für uns besonders wichtig, weil wir den Transporter an unterschiedliche Anwendungen und Zielzellen anpassen können“, sagt Dr. Florian Giesert, Leiter der Forschungsgruppe Gene Editing am ISF.

Ob der Ansatz auch im Organismus funktioniert, prüfte das Team anschließend in Tiermodellen. Nach intravenöser Gabe führte STV-C8 bei Mäusen vor allem in der Lunge zur Expression der transportierten RNA. Hinweise auf immunologische oder toxische Nebenwirkungen fanden die Forschenden nicht.

Zudem beluden die Wissenschaftler STV-C8 mit Komponenten des CRISPR/Cas9-Systems und injizierten den Transporter in den Muskel eines Schweins. Dort gelang es, einen krankheitsrelevanten Abschnitt im Dystrophin-Gen zu entfernen. Das Gen enthält die Bauanleitung für ein Protein, das Muskelzellen stabilisiert und bei der Duchenne-Muskeldystrophie gestört ist.

Plattform für therapeutische Anwendungen

Noch ist STV-C8 ein experimentelles System. Für eine medizinische Anwendung müssen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie sich die Vehikel gezielt zu bestimmten Zelltypen lenken und im Körper verteilen lassen. „Mit STV-C8 haben wir eine Plattform geschaffen, die wir nun für unterschiedliche therapeutische Anwendungen weiterentwickeln können“, sagt Prof. Wolfgang Wurst, Emeritus of Excellence bei Helmholtz Munich und an der TUM sowie Letztautor der Publikation. Das Team plant, die neue Technologie in eine Ausgründung zu überführen.

Originalpublikation: Schuhmacher et al.: Creating bottom-up RNA transfer vehicles from synthetic protein assemblies, Nature (2026); DOI: 10.1038/s41586-026-10952-3